第十二章 杂环化合物
学习要求：
1.掌握几种常见杂环化合物命名
2.掌握吡咯、吡啶的结构
3.掌握吡咯、吡啶的化学性质
4.了解几种常见杂环化合物以及生物碱的一般性质
含义：
O
N
常见的杂原子,O,S,N
S
C H 2 -C
C H 2 -C
O
O
O
内酯
本章所要讨论的是环比较稳定，且具有不同
程度 芳香性 的化合物。
杂环化合物的种类繁多，数量很大，在自然界分布
广泛，其中很多具有重要的生理活性。
§ 1 杂环化合物的分类和命名
一、分类
O
N
环 的 数 目
单 杂 环
稠 杂 环
六 员 杂 环
两 个 单 杂 环 稠 合
五 员 杂 环
N
H
苯 与 单 杂 环 稠 合
N
N
N
H
N
N H
2
杂原子种类：
第一节 杂环化合物
二、杂环化合物的命名
１．译音命名法
O
呋 喃
(furan)
S
噻 吩
( t h io p h e n e )
N
H
吡 咯
(p y rro e)
N
吡 啶
(p y rid in e )
N
H
吲 哚
(indole)
N
N
嘧 啶
p y rim id in e
对于环上有 取代基的杂环化合物,命名时以杂环为母体，
然后把杂环上的原子依次编号而确定取代基的位次。
编号的原则,含一个杂原子的单环，一般从杂原子开始
依次用１，２，３ … 将环上的原子编号，也可以用希腊
字母 α,β,γ编号，靠近杂原子的碳原子为 α位，
依次为 β位,γ位：
O
C H O
α - 呋 喃 甲 醛
2 - 呋 喃 甲 醛
N
H
C H 3H 3 C N
C O O H
3 - 吡 啶 甲 酸
β - 吡 啶 甲 酸
α, α ' - 二 甲 基 吡 咯
2,5 - 二 甲 基 吡 咯
N
NH 3 C
1
2
3
4
5
6
5 -甲 基 嘧 啶
1
2
3
4
5
6
N
N N
H
N
N H 2
7
8
9
6-氨基嘌呤
2.双键氢化产物的命名
N
H
四氢吡咯
N
H
25
2,5-二氢吡咯
N
H
六氢吡啶
§ 2 杂环化合物的结构
一、五元杂环化合物的结构
以 吡咯 为例说明它们的结构：
N
H
N, 2 S 2 2 P 3
2 S
2 P
S P 2 杂 化
S P 2
P
N
H
HH
H
H
吡 咯
符合休克尔规则，具有芳香性。
O
HH
H
H
呋 喃 噻 吩
S
HH
H
H
N
H
吡 咯
( p y r r o e )
1, 0 6
1, 1 0
0, 6 8
富电子的芳杂环，亲电取代易发生,
相当于苯酚或苯胺，取代在 α位。
二、六元杂环化合物的结构
N
2 S
2 P
S P 2 杂 化
S P 2
P
N
吡 啶
( p y r i d i n e )
符合休克尔规则,具有芳香性 。
N
吡 啶
0, 8 2
0, 9 5
0, 8 5
1, 5 9
缺电子的芳杂环，亲电取代难发生,
相当于硝基苯，取代在 β位。
§ 3 杂环化合物的化学性质
一、亲电取代反应
五元杂环属于富电子芳杂环，亲电取代反应比苯容易 。
发生亲电取代反应的活性顺序是：
噻吩＞吡咯＞呋喃＞苯＞ 吡啶
六元杂环吡啶属于缺电子芳杂环，亲电取代反应活性比
苯小，与硝基苯类似,且取代反应一般发生在 β位。
1.卤代
N
H
+ B r 2
N
H
Br0oC
乙醇
N
+ B r 2
3 0 0 ℃
催 化
N
B r
2,硝化
N
H
+ C H 3 C O O N O 2
乙 酰 硝 酸 酯
乙 酐
- 1 0 ℃
N
H
N O 2
N
+
3 0 0 ℃
H N O 3 （ 浓 ）
浓 H 2 S O 4
（ 一 天 ）
N
N O 2
3,磺化
N
H
+ S O 3
吡 啶
1 0 0 ℃N
H
S O 3 H
N
+ H 2 S O 4
发 烟
H 2 S O 4
2 2 0 ℃N
S O 3 H
4,付 — 克反应
N
H
+ ( C H 3 C O ) 2 O
1 5 0 ~ 2 0 0 ℃
N
H
C O C H 3
二、加成反应
N
H 2 P t
H A c
N
H
N
H
H 2 P t
1 8 0 ℃
N
H
N
H
H A c
Z n
N
H
产物为仲胺，
不具有芳香性
三、氧化反应
五元杂环是富电子的芳杂环，和氧化剂作用，常导致
环的破裂或发生聚合作用得到焦油状聚合物。
六元杂环是缺电子的芳杂环，一般 对氧化剂相当稳定。
N
C H 3
H N O 3
N
C O O H
H N O 3
N
回 流
N
C O O H
C O O H
四、酸碱性
在吡咯分子中，由于氮上未共用的孤对电子参与环上的
共轭体系，使氮上电子云密度降低而减弱对质子的吸引
力，使得这个氢原子能以质子的形式解离，所以 吡咯表
现出一定的弱酸性（ pKａ＝１５）。
N
H
+ K O H
N
K +
+ H 2 O
在吡啶分子中，氮原子上的未共用电子对未参与
环上的共轭体系，与质子的结合能力比较强，因此
吡啶显碱性，与酸能形成盐。
N
+ H C l N
H
C l
-
吡 啶 盐 酸 盐
苯 胺 吡 啶 三 乙 胺
p K b 9, 4 8, 6 4 3, 4
§ 4 五元杂环化合物
一,呋喃及其衍生物
１．呋喃
呋喃与盐酸浸过的松木片呈绿色，可用来鉴定呋喃
的存在。
２．糠醛（ α-呋喃甲醛）
与苯胺在醋酸存在下呈深红色，可用来鉴定糠醛。糠
醛具有呋喃和无 α-H的醛的（如甲醛）的双重化学性
质。
O
浓 N a O H
C H O
O
+C O O N a
O
C H 2 O H
二、吡咯及其衍生物
１．吡咯
２．卟啉化合物
基本结构,是由四个吡咯环或氢化吡咯环的 α－碳
原子通过四个次甲基（ — ＣＨ＝）交替连接组成的大环，
这个大环叫卟吩环，含卟吩环的化合物叫做卟啉化合物。
与盐酸浸过的松木片呈红色，可用来鉴定 吡咯
及其低级的同系物的存在。
N H N
H N
N
卟吩环
血红素：中心离子是 Fe ; 叶绿素：中心离子是 Mg
§ 5 六元杂环化合物
一、吡啶及其衍生物
N
C O O H
γ -吡啶甲酰胺
Β-吡啶甲酸
烟酸
N
C O N H 2
Β-吡啶甲酰胺
烟酰胺
N
C O N H 2
N
N
C H 3
烟碱（尼古丁）
二、嘧啶极其衍生物
N
N
O H
H O
尿 嘧 啶 U
N
N
N H 2
H O
胞 嘧 啶 C
H N
N
H
O
O
N
N
H
O
N H 2
N
N
O H
H O
胸 腺 嘧 啶 T
C H 3
H N
N
H
O
O
C H 3
§ 6 稠杂环化合物
一、吲哚及其衍生物
N
H
1
2
3
4
5
6
7
吲哚
N
H
C H 3
? -甲基吲哚
（粪臭素）
N
H
C H 2 C O O H
? -吲哚乙酸 IAA
二、嘌呤的重要衍生物
1
2
3
4
5
6
N
N N
H
N
N H 2
7
8
9
腺嘌呤
6-氨基嘌呤
N
N N
H
N
O H
H 2 N
鸟嘌呤
2-氨基 -6-羟基嘌呤
H N
N N
H
N
H 2 N
O
二、生物碱的一般性质
生物碱试剂：
1.沉淀反应：苦味酸、碘的碘化钾溶液
2.颜色反应,浓硫酸和浓硝酸等
三、重要的生物碱
第二节 生 物 碱
一、生物碱的概述
含义：
学习要求：
1.掌握几种常见杂环化合物命名
2.掌握吡咯、吡啶的结构
3.掌握吡咯、吡啶的化学性质
4.了解几种常见杂环化合物以及生物碱的一般性质
含义：
O
N
常见的杂原子,O,S,N
S
C H 2 -C
C H 2 -C
O
O
O
内酯
本章所要讨论的是环比较稳定，且具有不同
程度 芳香性 的化合物。
杂环化合物的种类繁多，数量很大，在自然界分布
广泛，其中很多具有重要的生理活性。
§ 1 杂环化合物的分类和命名
一、分类
O
N
环 的 数 目
单 杂 环
稠 杂 环
六 员 杂 环
两 个 单 杂 环 稠 合
五 员 杂 环
N
H
苯 与 单 杂 环 稠 合
N
N
N
H
N
N H
2
杂原子种类：
第一节 杂环化合物
二、杂环化合物的命名
１．译音命名法
O
呋 喃
(furan)
S
噻 吩
( t h io p h e n e )
N
H
吡 咯
(p y rro e)
N
吡 啶
(p y rid in e )
N
H
吲 哚
(indole)
N
N
嘧 啶
p y rim id in e
对于环上有 取代基的杂环化合物,命名时以杂环为母体，
然后把杂环上的原子依次编号而确定取代基的位次。
编号的原则,含一个杂原子的单环，一般从杂原子开始
依次用１，２，３ … 将环上的原子编号，也可以用希腊
字母 α,β,γ编号，靠近杂原子的碳原子为 α位，
依次为 β位,γ位：
O
C H O
α - 呋 喃 甲 醛
2 - 呋 喃 甲 醛
N
H
C H 3H 3 C N
C O O H
3 - 吡 啶 甲 酸
β - 吡 啶 甲 酸
α, α ' - 二 甲 基 吡 咯
2,5 - 二 甲 基 吡 咯
N
NH 3 C
1
2
3
4
5
6
5 -甲 基 嘧 啶
1
2
3
4
5
6
N
N N
H
N
N H 2
7
8
9
6-氨基嘌呤
2.双键氢化产物的命名
N
H
四氢吡咯
N
H
25
2,5-二氢吡咯
N
H
六氢吡啶
§ 2 杂环化合物的结构
一、五元杂环化合物的结构
以 吡咯 为例说明它们的结构：
N
H
N, 2 S 2 2 P 3
2 S
2 P
S P 2 杂 化
S P 2
P
N
H
HH
H
H
吡 咯
符合休克尔规则，具有芳香性。
O
HH
H
H
呋 喃 噻 吩
S
HH
H
H
N
H
吡 咯
( p y r r o e )
1, 0 6
1, 1 0
0, 6 8
富电子的芳杂环，亲电取代易发生,
相当于苯酚或苯胺，取代在 α位。
二、六元杂环化合物的结构
N
2 S
2 P
S P 2 杂 化
S P 2
P
N
吡 啶
( p y r i d i n e )
符合休克尔规则,具有芳香性 。
N
吡 啶
0, 8 2
0, 9 5
0, 8 5
1, 5 9
缺电子的芳杂环，亲电取代难发生,
相当于硝基苯，取代在 β位。
§ 3 杂环化合物的化学性质
一、亲电取代反应
五元杂环属于富电子芳杂环，亲电取代反应比苯容易 。
发生亲电取代反应的活性顺序是：
噻吩＞吡咯＞呋喃＞苯＞ 吡啶
六元杂环吡啶属于缺电子芳杂环，亲电取代反应活性比
苯小，与硝基苯类似,且取代反应一般发生在 β位。
1.卤代
N
H
+ B r 2
N
H
Br0oC
乙醇
N
+ B r 2
3 0 0 ℃
催 化
N
B r
2,硝化
N
H
+ C H 3 C O O N O 2
乙 酰 硝 酸 酯
乙 酐
- 1 0 ℃
N
H
N O 2
N
+
3 0 0 ℃
H N O 3 （ 浓 ）
浓 H 2 S O 4
（ 一 天 ）
N
N O 2
3,磺化
N
H
+ S O 3
吡 啶
1 0 0 ℃N
H
S O 3 H
N
+ H 2 S O 4
发 烟
H 2 S O 4
2 2 0 ℃N
S O 3 H
4,付 — 克反应
N
H
+ ( C H 3 C O ) 2 O
1 5 0 ~ 2 0 0 ℃
N
H
C O C H 3
二、加成反应
N
H 2 P t
H A c
N
H
N
H
H 2 P t
1 8 0 ℃
N
H
N
H
H A c
Z n
N
H
产物为仲胺，
不具有芳香性
三、氧化反应
五元杂环是富电子的芳杂环，和氧化剂作用，常导致
环的破裂或发生聚合作用得到焦油状聚合物。
六元杂环是缺电子的芳杂环，一般 对氧化剂相当稳定。
N
C H 3
H N O 3
N
C O O H
H N O 3
N
回 流
N
C O O H
C O O H
四、酸碱性
在吡咯分子中，由于氮上未共用的孤对电子参与环上的
共轭体系，使氮上电子云密度降低而减弱对质子的吸引
力，使得这个氢原子能以质子的形式解离，所以 吡咯表
现出一定的弱酸性（ pKａ＝１５）。
N
H
+ K O H
N
K +
+ H 2 O
在吡啶分子中，氮原子上的未共用电子对未参与
环上的共轭体系，与质子的结合能力比较强，因此
吡啶显碱性，与酸能形成盐。
N
+ H C l N
H
C l
-
吡 啶 盐 酸 盐
苯 胺 吡 啶 三 乙 胺
p K b 9, 4 8, 6 4 3, 4
§ 4 五元杂环化合物
一,呋喃及其衍生物
１．呋喃
呋喃与盐酸浸过的松木片呈绿色，可用来鉴定呋喃
的存在。
２．糠醛（ α-呋喃甲醛）
与苯胺在醋酸存在下呈深红色，可用来鉴定糠醛。糠
醛具有呋喃和无 α-H的醛的（如甲醛）的双重化学性
质。
O
浓 N a O H
C H O
O
+C O O N a
O
C H 2 O H
二、吡咯及其衍生物
１．吡咯
２．卟啉化合物
基本结构,是由四个吡咯环或氢化吡咯环的 α－碳
原子通过四个次甲基（ — ＣＨ＝）交替连接组成的大环，
这个大环叫卟吩环，含卟吩环的化合物叫做卟啉化合物。
与盐酸浸过的松木片呈红色，可用来鉴定 吡咯
及其低级的同系物的存在。
N H N
H N
N
卟吩环
血红素：中心离子是 Fe ; 叶绿素：中心离子是 Mg
§ 5 六元杂环化合物
一、吡啶及其衍生物
N
C O O H
γ -吡啶甲酰胺
Β-吡啶甲酸
烟酸
N
C O N H 2
Β-吡啶甲酰胺
烟酰胺
N
C O N H 2
N
N
C H 3
烟碱（尼古丁）
二、嘧啶极其衍生物
N
N
O H
H O
尿 嘧 啶 U
N
N
N H 2
H O
胞 嘧 啶 C
H N
N
H
O
O
N
N
H
O
N H 2
N
N
O H
H O
胸 腺 嘧 啶 T
C H 3
H N
N
H
O
O
C H 3
§ 6 稠杂环化合物
一、吲哚及其衍生物
N
H
1
2
3
4
5
6
7
吲哚
N
H
C H 3
? -甲基吲哚
（粪臭素）
N
H
C H 2 C O O H
? -吲哚乙酸 IAA
二、嘌呤的重要衍生物
1
2
3
4
5
6
N
N N
H
N
N H 2
7
8
9
腺嘌呤
6-氨基嘌呤
N
N N
H
N
O H
H 2 N
鸟嘌呤
2-氨基 -6-羟基嘌呤
H N
N N
H
N
H 2 N
O
二、生物碱的一般性质
生物碱试剂：
1.沉淀反应：苦味酸、碘的碘化钾溶液
2.颜色反应,浓硫酸和浓硝酸等
三、重要的生物碱
第二节 生 物 碱
一、生物碱的概述
含义：
